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전자저울을 이용한 밀도측정

아르키메데스의 원리(Archimedes' principle)

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아르키메데스의 원리는 유체 속에 잠긴 물체에 가해지는 상향 부력은 물체에 의해 대체된 유체의 무게와 같다는 물리학 법칙입니다. 이 원리는 유체 역학의 기본이며 20세기의 아르키메데스가 공식화했습니다.

즉, 물체가 유체에 부분적으로 또는 완전히 잠겨 있으면 물체에 의해 대체된 유체의 무게와 동일한 무게 손실이 발생합니다. 물체에 작용하는 부력은 무게와 같습니다. 이 부력이 물체의 무게보다 크거나 같으면 물체는 뜨게 됩니다. 그렇지 않으면 가라앉습니다.

전자저울에 의한 밀도 측정의 원리는 유체 속에 잠긴 물체에 가해지는 부력은 물체 에 의해 대체된 유체의 무게와 같다는 아르키메데스의 원리에 기초합니다.전자 저울을 사용하여 샘플의 밀도를 측정하려면 먼저 공기 중에서 샘플의 무게를 측정한 다음 액체에 담근 상태에서 다시 무게를 측정해야 합니다. 이 두 무게의 차이는 샘플에 의해 대체된 액체의 무게와 같습니다. 공기 중 샘플의 무게를 무게 차이로 나누어 밀도 을 계산할 수 있습니다.전자 저울을 사용하여 밀도를 측정하는 방법에는 부력(buoyancy) 및 변위 방법(replacement method)을 포함하여 다양한 방법이 있습니다. 방법 선택은 측정되는 샘플 유형과 필요한 정확도에 따라 다릅니다.

전자저울과 밀도측정 장치는 실험실에서 고체의 밀도를 측정하는데 널리 사용되고 있습니다.

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전자저울을 이용한 밀도측정방법

밀도 측정전 사전 준비 단계

1. 전자저울준비

• 전자저울의 정확도는 측정할 밀도값의 정확도에 따라서 선정합니다.
• 전자저울의 용량은 샘플의 부피와 무게에 따라서 선정합니다.
• 전자저울의 파라메터를 밀도측정에 맞게 셋팅하고 예열합니다.

2. 전자저울 셋팅 테스트

• 측량 샘플의 특성에 맞게 전자저울이 셋팅이 되었는지 테스트를 합니다. 예를 들어서 샘플 크기가 클 경우에는 Under-hook기능으로 셋팅을 하여 밀도를 측정하여야 합니다

3. 용액선택

• 일반적으로 물을 사용할 수 있으나 샘플에 특징에 따라서 다른 보조액을 사용할 수 있습니다. 샘플이 사용하는 액체와 반응력이 좋다면 다른 보조액을 사용하여야 합니다.

TIP TOPS

밀도의 정확한 측정을 위해서는?

• 측정시 물의 표면장력(Surface Tension)의 영향이 있기 때문에 샘플의 무게를 1g이상 사용하여야합니다.
• 샘플의 모양이 일정하여야 하며 표면 거칠기(Surface roughness)가 낮아야 합니다

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밀도 측정-고정밀도법

밀도 측정키트 준비

1. 전자저울의 도어를 오픈하여 계량 팬을 제거하고 밀도 브래킷을 삽입합니다
2. 브래킷이 다른 부분과 접촉하지 않도록 적절한 위치에 놓습니다
3. 스탠드 중앙에 Beaker를 위치시키고 온도계를 장착합니다
4. 물 또는 알코올과 같은 기준용액을 Beaker에 넣고 테스트할 샘플이 기준용액에 1cm이사 잠겼는지 확인합니다.
   기준용액의 밀도를 확인합니다.
5. 걸이용 바구니를 고정 브래킷 위에 올려 표면에 기포가 생기지 않게하고 비커나 온도계에 닿지 않도록 합니다.

공기중 샘플 무게 측정

1.전자 저울 스위치를 켜고 앞유리를 닫고 용기 무게를 제거합니다.
2.샘플을 전자저울에 설치된 밀도측정키트의 칭량 팬위에 올려 놓습니다.
3.전자저울의 바람막이를 끄고 전자 저울이 안정되면 전자 저울이 자동으로 계량 결과 A를 기록합니다.

물속 샘플 무게 측정

1. 전자 저울 스위치를 켜고 앞유리를 닫고 용기 무게를 제거합니다.
2. 샘플을 물이 들어 있는 Beaker에 넣습니다. Beaker는 밀도 측정키트의 칭량팬 위에 있습니다.
3. 전자 저울 앞유리를 닫습니다. 전자 저울이 안정되면 전자 저울은 계량 결과 B를 자동으로 기록합니다.

전자저울의 밀도측정 알고리즘

전자저울 내에 밀도측정에 대한 알고리즘이 내장되어 있어서 전자저울이 측정한 공기중 무게와 물속 무게의 차이값을 밀도로 변환시켜서 밀도값을 측정합니다.

Top Tips

•공기 중 측정된 샘플의 무게가 20g보다 크면 매달린 바구니의 상단에 놓습니다. 샘플 크기가 클 경우에는 Under-hook 방식으로 측정을 해야합니다
•보조 액체 밀도보다 밀도가 낮은 샘플의 경우, 매달린 바구니 바닥에 있는 칭량 망을 뒤집어 테스트 대상 물체를 눌러야 합니다. 샘플의 부력이 매달린
  바구니의 무게보다 크면 매달린 바구니 위에 추가 무게 를 놓아 무게를 재는 데 도움이 되어야 합니다

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